MIT’de çalışan bilim insanları, mevcut antibiyotiklere karşı direnç geliştirmiş olan bakterileri -veya süper mikropları- öldürebilen yeni moleküller bulan bir bilgisayar algoritması geliştirdi.
Bakterilerin mevcut antibiyotiklere direnç geliştirmeye başlaması çağımızın ciddi sorunlarından biri. CDC, (Hastalıkları Kontrol Etme ve Önleme Merkezi) antibiyotik direncini zamanımızın en ciddi kamu sağlığı sorunlarından biri olarak tanımlıyor. Aslında ne kadar çok antibiyotik alırsak, bakterilerin hastalıklara karşı o kadar fazla direnç geliştirmesini sağlıyoruz. Bunun nedeni antibiyotiğe maruz kalan bakterilerin buna karşı direnç geliştirmeye başlayarak, bu direnç mekanizmasını diğer bakterilere aktarması. Bu yüzden antibiyotik kullanmadan önce bu riskin göz önünde bulundurulması gerekiyor. Gereksiz ve yanlış antibiyotik kullanımı bakteri direncine katkıda bulunurken mevcut antibiyotiklerin zamanla işlevsiz kalmasına neden oluyor. Örneğin, ABD’de CDC, gereksiz yere çok fazla antibiyotik reçetelendiğini bildiriyor. CDC rakamlarına göre her yıl aşağı yukarı 47 milyon antibiyotik, grip ve soğuk algınlığı gibi antibiyotik kullanılmasını gerektirmeyen hastalıklar için reçetelendiriliyor. Bu durumlarda reçetelenen antibiyotiklerin %30’unun gereksiz olduğunu görüyoruz.
CDC rakamlarına göre her yıl aşağı yukarı 47 milyon antibiyotik, grip ve soğuk algınlığı gibi antibiyotik kullanılmasını gerektirmeyen hastalıklar için reçetelendiriliyor. Bu durumlarda reçetelenen antibiyotiklerin %30’unun gereksiz olduğunu görüyoruz.
Aslında daha 1945 yılında, Alexander Fleming bu tehlikeyi öngörmüştü: “Kamu [ilacı] talep edecek… sonra suistimaller dönemi başlayacak”. Epidemiyolojik araştırmalar gerçekten de antibiyotiklerin aşırı kullanımının bakterilerde direnci tetiklediğini göstermektedir. Bakterilerde genler akrabalardan aktarılabildiği gibi plazmid gibi mobil genetik faktörler sayesinde akraba olmayan türlerden de edinilebiliyor. Bu yatay gen aktarımı antibiyotik direncinin farklı bakteri türleri arasında da yayılmasını sağlıyor. Direnç yine mutasyon sayesinde kendiliğinden de gelişebiliyor.
Çiftlik Hayvanlarında Antibiyotik Kullanımı
Gereksiz yere antibiyotik reçetelenmesinin yanı sıra tarımsal amaçlı antibiyotik kullanımı da bu krize katkıda bulunuyor. Bütün dünyada antibiyotikler çiftlik hayvanlarına veriliyor. ABD’de satılan antibiyotiklerin aşağı yukarı %80’i hayvanlarda bilhassa gelişmelerine destek olmak ve hastalıklara yakalanmalarını önlemek için kullanılıyor. Hayvanlara verilen bu antibiyotikler, hayvanları tüketen insanlara da geçiyor. Antibiyotiğe karşı direnç geliştiren bakterilerin çiftlik hayvanları üzerinden insanlara geçtiği ilk olarak 35 yıl önce raporlandı. Çiftlik hayvanlarının ve çiftçilerin bağırsak florasında antibiyotiklere karşı direnç gösteren bakterilerin yüksek oranlarda bulunduğu tespit edildi. Son zamanlarda, moleküler tespit yöntemleri de çiftlik hayvanlarındaki antibiyotiğe dirençli bakterilerin bu hayvanları yiyen insanlara geçtiğini gösteriyor.
Yeni antibiyotiklerin az olması
Geçmişte ilaç endüstrisi yeni antibiyotikler üreterek bu sorunla başa çıkabiliyordu, ancak günümüzde hem ekonomik hem de mevzuata ilişkin sorunlar yüzünden yeni antibiyotik üretimi daha zorlaştı. En büyük 18 ilaç şirketinden 15’i antibiyotik üretimini bıraktı. Ekonomik kriz yüzünden fonların kesilmesinin ardından akademide antibiyotik araştırmaları da geriledi. Ayrıca antibiyotik üretimi artık ilaç şirketleri açısından ekonomik olarak karlı bir yatırım olarak görülmüyor. Kısa süre, hastalığı tedavi etmek için kullanıldıklarından şirketler açısından kronik hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçlar kadar karlı değiller.
Halicin: Yapay Zeka Yeni Bir Antibiyotik Keşfetmiş Olabilir
Ayrıca antibiyotik üretimi artık ilaç şirketleri açısından ekonomik olarak karlı bir yatırım olarak görülmüyor. Kısa süre, hastalığı tedavi etmek için kullanıldıklarından şirketler açısından kronik hastalıkların tedavisinde kullanılan ilaçlar kadar karlı değiller.
MIT araştırmacılarının geliştirdiği bu algoritma işte bu açıdan mühim. Çünkü bu algoritma antibiyotik olarak kullanılabilecek yeni bir bileşen buldu: Halicin. Bileşene, 2001: Uzay Macerası isimli kült filmde yer alan HAL isimli bilgisayarın adından ilhamla Halicin denmiş. Halicin, geniş bir spektrumda bakterileri öldürüyor.
MIT’de biyo-mühendis olarak çalışan James Collins, “[Bu algoritma] antibiyotik üretiminin masraflarını ve bu uğurda harcanan zamanı ciddi oranda azaltacaktır”, diyor. Collins bu sayede ilaç şirketlerinin yeni antibiyotik araştırmalarına kaynak ayırma konusunda yaşadıkları isteksizliğin aşılabileceğini düşünüyor.
Algoritma otomatik öğrenme (machine learning) yöntemini uyguluyor. Bu, şablonlar bulmak ve belli bilgilere erişmek için geniş veri kümelerini analiz eden bir yapay zekâ türü. Daha sonra incelediği bu verileri yeni tahminlerde bulunmak üzere kullanıyor. Bu vakada, algoritma, antibiyotik olarak kullanılabilecek Halicin bileşenini bulmak için milyonlarca molekülü ve kimyasalı inceledi. Wbur’un gerçekleştirdiği röportajda, Collins, “modele veri tabanımızdaki mevcut antibiyotiklere benzemeyen moleküllerden hangilerinin anti-bakteriyel olabileceğini sorduk”, diyor.
CDC envanterinde yer alan, ilaçlara karşı ciddi oranda direnç geliştirmiş bakterilerden oluşan 36 farklı panelde ilacı test ettik. Bunlardan 35’inde işe yaradı. C. difficile karşısında çok etkili. Can sıkıcı bir deri enfeksiyonuna neden olan Acinobacter baumannii’yi farelerde başarıyla yok etti. Acinobacter baumannii, Dünya Sağlık Örgütü’nün yeni antibiyotiklere ihtiyaç duyulan ölümcül patojenler listesinin başında yer alıyor”, diyor Collins.
“Halicin bakterinin zarını bozuyor ve protonların [pozitif yüke sahip parçacıklar] zara girişini engelliyor. Böylece bakterinin yaşamak için enerji üretmesine engel oluyor. Bunun pek çok bakteride işe yaradığını gördük. Mevcut antibiyotiklerin çoğuna direnç geliştiren bakteriler de dahil olmak üzere bakteri patojenlerinin ciddi bir kısmını öldürüyor. CDC envanterinde yer alan, ilaçlara karşı ciddi oranda direnç geliştirmiş bakterilerden oluşan 36 farklı panelde ilacı test ettik. Bunlardan 35’inde işe yaradı. C. difficile karşısında çok etkili. Can sıkıcı bir deri enfeksiyonuna neden olan Acinobacter baumannii’yi farelerde başarıyla yok etti. Acinobacter baumannii Dünya Sağlık Örgütü’nün yeni antibiyotiklere ihtiyaç duyulan ölümcül patojenler listesinin başında”, diyor Collins.
Algoritmaya MIT MLPDS sitesinden ücretsiz ulaşılabiliyor.
Collins bu algoritmanın kanser, nörolojik hastalıklar ve metabolizma bozukluklarında da kullanılabileceğini düşünüyor. Derin öğrenme algoritmalarının kullandığı yöntemler antibiyotiklere mahsus değil.